Порівняльний аналіз технологічних способів відокремлення монолітів від масиву на родовищах високоміцних порід природного облицювального каменю

СПОСОБИ ВИДОБУВАННЯ

МЕХАНІЧНІ

ВИБУХОВІ

ФІЗИКО-ТЕХНІЧНІ

КОМБІНОВАНІ

• Канатне пиляння;

• Суцільне оббурювання;

• Відділення монолітів розклинюванням;

• Відкол розпірними пристроями

• Використання бризантних вибухових речовин (ВР);

• Гідроімпульсне обладнання;

• Використання детонуючого шнура (ДШ)

• Термічне різання;

• Використання невибухових руйнуючих засобів (НРЗ)

• Механічне нарізання щілин;

• Способи з термонарізанням щілин;

• Способи з початковим використанням НРЗ

МЕХАНІЧНІ

Канатне пиляння

Переваги:

• висока швидкість різання;

• висока довжина і мала ширина пропилу;

• економічність;

• низька енергоємність;

• можливість добування блоків великих розмірів

Недоліки:

• різке спадання продуктивності й техніко-економічних показників при високій тріщинуватості масиву і за наявності в породі твердих включень;

• високий об’єм гірничопідготовчих робіт;

• сезонність роботи

Суцільне оббурювання – по контуру блока, що відокремлюється, на всю його висоту бурять ряд шпурів (свердловин) впритул одна до одної, внаслідок чого утворюється суцільна щілина. Перемички, що виникають, також розбурюють. При даному способі використовують верстати обертового, шарошкового, вібраційного та ударно-обертового буріння

Переваги:

• висока збереженість каменю;

• точність розмірів виділених монолітів

Недоліки:

• великий обсяг бурових робіт;

• великі втрати на утворення щілини;

• висока трудоємність;

• можливість відхилення робочого інструмента від заданого напрямку буріння

В

© Н.П. Філіпова, В.В. Котенко, 2011

Продовження табл. 2

а) Використання ручних клинів

Переваги:

• гарна якість блоків;

• не потребує дорогих машин і механізмів;

• максимальне використання тріщинуватості масиву

Недоліки:

• використання ручної праці;

• низька продуктивність;

• високий об’єм буріння шпурів;

• обов’язкова наявність трьох площин “оголення” у вибої

б) Використання гідроклинів

Переваги:

• полегшує умови праці робітників;

• зростає якість блоків;

• зростає продуктивність видобувних робіт;

• простота й безпека експлуатації;

• можливість відокремлення блоків різних розмірів;

• максимальне використання тріщинуватості масиву

Недоліки:

• зростання об’єму буріння шпурів;

• велика собівартість блоків (80 % припадає на бурові роботи);

• обов’язкова наявність трьох площин “оголення” у вибої;

• високі витрати – відходи каменю через знос розколювання – діагональний скол, спрямований під кутом до наміченої площини відколювання

Відкол розпірними пристроями (HRS) (гідророксплітери) – спосіб полягає в бурінні ряду шпурів (свердловин), в які вставляють розпірні пристрої – гідророксплітери. Руйнування порід здійснюється за рахунок навантаження на стінки свердловини пуансонами, що ініціюють утворені тріщини у заданому напрямку

Переваги:

• простота конструкції (не потребує гідравлічної суміші для зворотного ходу);

• можливість використання в стиснених умовах;

• знижена маса, компактність;

• різні технологічні схеми використання (паралельне або послідовне з’єднання гідророксплітерів у робочі системи)

Недоліки:

• невеликий робочий хід (8–18 мм), що обмежує область застосування HRS для міцних порід;

• діаметр свердловин при використанні HRS повинен перевищувати діаметр пристрою на 2–5 мм

ВИБУХОВІ

Димний порох. Види вибухової відбійки: одиночна свердловина; групова; шпурова; парно-зближена свердловина, або шпурова; контурна.

В площині необхідного відколу бурять рядок шпурів (свердловини), заряджають димний порох у спеціальній водонепроникній обгортці. Для запобігання “прострілу” заряду щільно забивають шпур піском, дерев’яною або алюмінієвою трубкою. Ініціатор – ДШ або електрозапальнички. Порода руйнується під дією розтягуючих напружень (напруг). При багатошпуровому вибуху поля напруг при зустрічі утворюють єдину зону дроблення каменю. Моноліт відривається по радіальних (природних) тріщинах

Переваги:

• можливість використання для видобування всіх видів гірських порід;

• можливість застосування за складних гірничо-геологічних умов;

• невисока енерго- і матеріальноємність процесу підготовки блоків до виймання;

• простота процесу

Недоліки:

• порушення монолітності породи (це приз­водить до зменшення виходу готової продукції);

• утворення небажаних системних мікротріщин;

• небезпека проведення вибуху (необхідність проведення вибуху виключно спеціалізованими службами);

• можливість відмови заряду;

• складність зберігання і перевезення ВР

Гідроімпульсне обладнання (скелеломи). Бурять рядок шпурів, у які заливають воду, вставляють скелеломи, заряджені спеціально серійно випущеними патронами 12-го калібру. Перемиканням режиму на пульті управління заряджають конденсатори від електромережі. Потім здійснюється синхронний одночасний вибух у всіх скелеломах. Таким чином здійснюється відкол моноліту за заданим напрямком

Продовження табл. 2

Переваги:

• можливість синхронного мікропідривання за рядом та глибиною;

• невеликий радіус небезпечної зони вибуху (20 м) – відсутність розльоту уламків гірської породи;

• використання як для відділення монолітів від масиву, так і для пасерування на блоки монолітів та дроблення негабариту

Недоліки:

• висока ціна обладнання;

• високі витрати електроенергії

Використання ДШ. Для вибуху зарядів ДШ використовують магістральний дріт детонуючого ДШ, до якого послідовно підключають зростки, що йдуть від кожного шпура заряду. Ініціювання виконується капсуль-детонатором або електродетонатором. Одночасне підривання всіх відрізків ДШ за допомогою промислових електродетонаторів неможливе.

Відривання моноліту відбувається за рахунок тиску газоподібних продуктів детонації та прямих хвилі напруг. Швидкість детонації ДШ – приблизно 6500 м/с, відстань між шнурами 15–50 см, час затримки кожного заряду 50–70 мкс.

Переваги:

• збереження монолітності;

• можливість відколу моноліту від масиву та посування моноліту;

• максимальний вихід блоків, мінімальні витрати;

• висока продуктивність

Недоліки:

• високий обсяг бурових робіт;

• високі вимоги до точності буріння (шпури мають бути строго паралельними та мати однакову відстань один від одного)

ФІЗИКО-ТЕХНІЧНІ

Термічне різання. Термогазоструминні пальники можуть бути прямоточні та пульсуючі.

Механізм різання забезпечує втрату стійкості поверхневого шару, коли його температура сягає температури руйнування. При різанні струмінь розтікається по поверхні каменю – це дозволяє найбільш повно використовувати термічну енергію.

При різанні, коли відбувається переміщення джерела тепла відносно породи, що піддається руйнуванню, кожна ділянка різання нагрівається спочатку газами пристінкового струменя, а потім газами основного термоструменя.

Термогазоструминне різання відбувається за рахунок дії на породу розжареного до температури 2000 К факела і газів, що витікають зі швидкістю 2500 м/с із сопла пальника, і створює при дотику до поверхні каменю тепловий ударний імпульс.

Термогазодинамічне різання передбачає використання кінетичної енергії термоструменя для руйнування каменю шляхом безпосередньої силової газодинамічної дії, що досягається пальниками пульсуючого типу. Розрізняють термогазоструминні апарати, що працюють на керосинно-кисневій суміші та бензо-повітряній.

Переваги:

• низька трудомісткість, порівняно з БВР;

• висока якість видобутих блоків;

• високий вихід блоків

Недоліки:

• висока вартість експлуатації через підвищення цін на паливо в умовах сучасної економіки;

• високі втрати каменю на пропил;

• високий коефіцієнт ручної праці;

• високий рівень шуму при роботі;

• високий коефіцієнт загазованості;

• низька швидкість проходки щілин;

• високі вимоги до безпеки ведення робіт;

• низька продуктивність при високій тріщинуватості масиву;

• використання способу тільки для кварцевмісних порід

Закінчення табл. 2

Використання НРЗ. Суть способу полягає в бурінні рядка шпурів у масиві, які потім заповнюють сумішшю НРЗ. При додаванні в суміш визначеної кількості води робоча суміш при розміщенні її в шпурах твердіє зі збільшенням об’єму, завдяки чому в об’єкті створюється тиск, що спричиняє розколювання породи за наміченим напрямком

Переваги:

• не потребує високої кваліфікації персоналу;

• засіб екологічно безпечний і не потребує роботи спеціально підготовлених організацій для ведення робіт;

• відсутність шуму;

• НРЗ розвивають великі зусилля в шпурі, дозволяючи регулювати розміри монолітів і блоків з мінімальними витратами каменю;

• не порушує цілісність масиву, оскільки навантаження самонапруженого НРЗ підвищується поступово протягом всього часу до повного розколювання каменю;

• високий вихід кондиційних високоякісних блоків;

• дозволяє виконувати декілька операцій одночасно;

• не потребує використання складного і дорогого обладнання;

• цей спосіб незамінний при видобуванні блоків на ділянках, через які проходять лінії електропередач

Недоліки:

• обмежена можливість використання НРЗ при низьких температурах;

• нестабільність властивостей партій НРЗ;

• висока гігроскопічність порошку;

• необхідність точного дотримання співвідношення НРЗ і води в робочій суміші, порушення якого не тільки знижує працездатність НРЗ, але й може призвести навіть до повної її втрати

КОМБІНОВАНІ

Комбінованих способів видобування існує велика кількість. Для гранітоїдних порід використовуються такі види:

1. Механічне нарізання щілин:

• комбінація суцільного оббурювання з вибуховою відбійкою;

• комбінація механічної підрізки моноліту з іншими способами його кінцевого відділення.

2. Способи з термонарізанням щілин:

• комбінація термонарізки з вибуховим відбиванням;

• комбінація термонарізки з клиновим розколюванням;

• комбінація термонарізки з НРЗ.

3. Способи з початковим використанням НРЗ:

• комбінація НРЗ з процесом гідророзколювання;

• комбінація НРЗ з використанням електроімпульсних установок